机载太赫兹合成孔径雷达运动补偿与信号处理关键技术研究

The synthetic aperture radar imaging in Terahertz band is a hot and difficult topic in the field of radar imaging, and it has important application prospect in the domain of public security and national military affairs. The item is based on the application background of imaging and recognition for the ground via the airborne low altitude platform, and it is focuses on the study of motion compensation, radar signal processing and motion parameters estimation for the micro-motion target in the airborne Terahertz SAR imaging procedure. The stability of the radar platform is very important in the Terahertz band, and the high frequency vibration of the platform induced by the air current or the oneself factor of the platform will influence the imaging quality greatly. It is assumed that the radar works at the strip mode with side-looking, and the Terahertz SAR imaging model is established firstly under the condition of high frequency vibration for the platform, and the influence of it is analyzed in detail. Then, the high frequency vibration errors estimation method is proposed for the wide band received signals, and the corresponding algorithms include the discrete sinusoidal frequency modulation transform, the adaptive Chirplet decomposition method and the inverse Radon transform. The high frequency vibration errors can be compensated consequently. At the same time, the phase errors induced by the change of velocity for the platform is compensated based on the hybrid sinusoidal frequency modulated-polynomial phase signal model; At last, the dynamic parameters estimation algorithm for the micro-motion target in the Terahertz band SAR is implemented.

太赫兹合成孔径雷达(SAR)成像是雷达成像领域的热点和难点问题，在公共安全领域和国防军事领域具有重要的应用前景。本项目以机载低空平台对地成像侦察为应用背景，对机载太赫兹SAR成像运动补偿、信号处理以及微动目标运动参数估计等问题进行深入研究。太赫兹频段对于雷达平台稳定性的要求非常高，由于气流及载机自身等因素带来的雷达平台高频振动将对成像产生严重影响。本项目以正侧视条带工作模式为基础，首先建立存在雷达平台高频振动情况下的太赫兹SAR成像模型，并分析其对成像结果的影响；进而提出基于宽带回波数据的平台高频振动误差估计方法，通过离散正弦调频变换、自适应线调频小波分解和逆Radon变换三种方法实现对振动误差的估计，并完成对高频振动误差的补偿。同时，本项目以混合正弦频率调制——多项式相位信号模型为基础，完成对平台运动速度变化产生相位误差的补偿；最后完成对太赫兹SAR成像中微动目标运动参数估计问题的研究。

本项目研究机载太赫兹合成孔径雷达运动补偿与信号处理技术新方法。在太赫兹频段由于波长相对于微波波段来说很短，对于雷达平台稳定性的要求就更高，由于气流及载机自身等因素带来的雷达平台高频振动将对成像产生严重影响。在太赫兹频段要想获得高质量的SAR成像结果，需对成像系统进行高频振动误差的分析与补偿。基于此，本项目开展了如下几个方面问题的研究：(1)太赫兹频段SAR成像雷达平台高频振动模型建立，首先提出两种正侧视条带模式工作下雷达平台高频振动建模方式，进而通过理论分析研究平台高频振动对成像结果的影响，最后通过实验结果加以验证。(2)基于宽带回波数据的平台高频振动误差估计方法。将回波信号用多分量正弦调频信号进行刻画，进而通过离散正弦调频变换、自适应线调频小波分解和逆Radon变换三种不同参数估计方法实现对振动误差的估计。(3)平台高频振动误差补偿关键技术研究。在完成对高频振动误差的估计过程之后，通过构造高频振动补偿函数，实现对雷达平台高频振动产生的相位误差的精确补偿，进而为后续雷达平台速度变化的运动补偿奠定基础。(4)平台运动速度变化产生的相位误差补偿关键技术研究。在完成平台高频振动误差补偿之后，由于补偿误差的存在，将散射点回波信号刻画为混合正弦频率调制——多项式相位信号模型。进而通过扩展Radon变换实现对该类信号参数的精确估计，最后实现对平台运动速度变化的补偿。(5)太赫兹SAR成像算法研究。在完成对太赫兹SAR回波信号的运动补偿后，基于距离多普勒算法实现太赫兹频段的SAR快速成像帧速处理过程。(6)微动目标运动参数估计关键技术研究。对目标微动特性采用多分量正弦调频信号模型来进行精确刻画。通过构造高分辨率时频分布并提出多分量正弦调频信号瞬时频率估计方法，完成对微动目标的运动参数估计。经过该项目的研究，可实现机载太赫兹SAR系统的高分辨率雷达成像过程，进而完成对目标的特征提取与精确识别功能，促进我国太赫兹高分辨率SAR成像关键技术的大力发展。